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ELETRÔNICA DE POTÊNCIA E 
COMANDOS ELÉTRICOS 
 
 
 
 
 
 
NOSSA HISTÓRIA 
 
 
A nossa história inicia com a realização do sonho de um grupo de 
empresários, em atender à crescente demanda de alunos para cursos de 
Graduação e Pós-Graduação. Com isso foi criado a nossa instituição, como 
entidade oferecendo serviços educacionais em nível superior. 
A instituição tem por objetivo formar diplomados nas diferentes áreas de 
conhecimento, aptos para a inserção em setores profissionais e para a 
participação no desenvolvimento da sociedade brasileira, e colaborar na sua 
formação contínua. Além de promover a divulgação de conhecimentos culturais, 
científicos e técnicos que constituem patrimônio da humanidade e comunicar o 
saber através do ensino, de publicação ou outras normas de comunicação. 
A nossa missão é oferecer qualidade em conhecimento e cultura de forma 
confiável e eficiente para que o aluno tenha oportunidade de construir uma base 
profissional e ética. Dessa forma, conquistando o espaço de uma das instituições 
modelo no país na oferta de cursos, primando sempre pela inovação tecnológica, 
excelência no atendimento e valor do serviço oferecido. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Sumário 
Unidade 1: Eletrônica de Potência .......................................................................... 4 
Seção 1.1: Eletrônica de Potência ............................................................................. 4 
Seção 1.2: Dispositivos de potência: características e funcionamento ....................... 6 
 
Unidade 2: Eletrônica de Potência para Geração, Transmissão e Distribuição de 
Energia Elétrica ...................................................................................................... 21 
Seção 2.1: Eletrônica de potência em sistemas de energia elétrica ......................... 21 
Seção 2.2: Uma breve história da eletricidade industrial .......................................... 23 
Seção 2.3: O início da eletrônica.............................................................................. 31 
Seção 2.4: Materiais Emergentes ............................................................................ 40 
 
Unidade 3: Principais Elementos em Comandos Elétricos ................................. 43 
Seção 3.1: Botoeira ou Botão de comando .............................................................. 43 
Seção 3.2: Relés ...................................................................................................... 45 
Seção 3.3: Contatores ............................................................................................. 46 
Seção 3.4: Fusíveis.................................................................................................. 47 
Seção 3.5: Disjuntores ............................................................................................. 48 
 
Referências............................................................................................................. 51 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Unidade 1: Eletrônica de Potência 
 
Seção 1.1: Eletrônica de Potência 
Definição 
A eletrônica de potência trata das aplicações de dispositivos semicondutores 
de potência, como tiristores e transistores, na conversão e no controle de energia 
elétrica em níveis altos de potência aplicados à indústria. Essa conversão é 
normalmente de AC para DC ou vice-versa, enquanto os parâmetros controlados são 
tensão, corrente e frequência. Portanto, a eletrônica de potência pode ser considerada 
uma tecnologia interdisciplinar que envolve três campos básicos: a potência, a 
eletrônica e o controle. 
Chaves semicondutoras de potência 
As chaves semicondutoras de potência são os elementos mais importantes em 
circuitos de eletrônica de potência. Os principais tipos de dispositivos semicondutores 
usados como chaves em circuitos de eletrônica de potência são: 
Diodos; 
Transistores bipolares de junção (BJTs); 
Transistores de efeito de campo metal-óxido-semicondutor (MOSFETs); 
Transistores bipolares de porta isolada (IGBTs); 
Retificadores controlados de silício (SCRs); 
Triacs; 
Tipos de circuitos de eletrônica de potência 
Os circuitos de eletrônica de potência (ou conversores, como são usualmente 
chamados) podem ser divididos nas seguintes categorias: 
1. Retificadores não controlados (AC para DC) – converte uma tensão 
monofásica ou trifásica em uma tensão DC e são usados diodos como 
elementos de retificação. 
2. Retificadores controlados (AC para DC) – converte uma tensão monofásica 
ou trifásica em uma tensão variável e são usados SCRs como elementos 
de retificação. 
3. Choppers DC (DC para DC) – converte ums tensão DC fixa em tensões DC 
variáveis. 
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4. Inversores (DC para AC) – converte uma tensão DC fixa em uma tensão 
monofásica ou trifásica AC, fixa ou variável, e com frequências também fixas 
ou variáveis. 
5. Conversores cíclicos (AC para AC) – converte uma tensão e frequência AC 
fixa em uma tensão e frequência AC variável. 
6. Chaves estáticas (AC ou DC) – o dispositivo de potência (SCR ou triac) 
pode ser operado como uma chave AC ou DC, substituindo, dessa maneira, 
as chaves mecânicas e eletromagnéticas tradicionais. 
Aplicações da Eletrônica de Potência 
A transferência de potência elétrica de uma fonte para uma carga pode ser 
controlada pela variação da tensão de alimentação (com o uso de um transformador 
variável) ou pela inserção de um regulador (como uma chave). 
Os dispositivos semicondutores utilizados como chaves têm a vantagem do 
porte pequeno, do custo baixo, da eficiência e da utilização para o controle automático 
da potência. 
A aplicação de dispositivos semicondutores em sistemas elétricos de potência 
vem crescendo incessantemente. Os dispositivos como diodo de potência, transistor 
de potência, SCR, TRIAC, IGBT etc, são usados como elementos de chaveamento e 
controle de fornecimento de energia de máquinas e motores elétricos. 
Dentre as aplicações cotidianas mais comuns se destaca o controle 
microprocessado de potência. 
Figura 01 - Controle microprocessado de potência 
 
6 
 
 
Os equipamentos de informática, tais como a fonte de alimentação chaveada 
do PC, o estabilizador, o no-break, etc, utilizam como elementos principais dispositivos 
semicondutores chaveadores (Mosfets, IGBTs, TJBs, etc). 
Figura 02 - No-break 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 03 - Fonte Chaveada de PC 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Seção 1.2: Dispositivos de potência: características e funcionamento 
Diodos de potência 
O material ativo mais comum para a construção do diodo é o silício, um material 
semicondutor, ou seja, classificado entre o isolante e o condutor, cuja resistência 
decresce com o aumento da temperatura. 
O silício é um elemento do grupo IV da tabela periódica e tem quatro elétrons 
na última órbita em sua estrutura atômica. 
Se a ele for acrescido um elemento pentavalente, com cinco elétrons na última 
órbita, haverá um elétron livre na estrutura do cristal. O elétron livre possibilita um 
grande aumento na condução e, como o elétron é uma carga negativa, esse material 
é conhecido como semicondutor tipo N 
7 
 
 
Se ao silício for acrescentada uma impureza trivalente, um elemento com três 
elétrons na sua última órbita, surge um vazio ou lacuna na estrutura cristalina, que 
pode receber um elétron. Esse vazio pode ser considerado uma carga positiva, 
conhecida como lacuna, e possibilita um grande aumento na condução; esse material 
dopado é conhecido como semicondutor tipo P. 
O grau de dopagem (adição de impurezas) é da ordem de 107 átomos. Em 
semicondutores tipo N, a maioria dos portadores de corrente é de elétrons e a minoria 
é de lacunas. O contrário aplica-se a semicondutor tipo P. Dependendo da dopagem, 
a condutividade do semicondutor tipo N ou P é aumentada muito se comparada ao 
silício puro. 
O diodo mostrado abaixoé formado pela junção dos materiais dos tipos N e P. 
Desta forma, só há passagem de corrente elétrica quando for imposto um potencial 
maior no lado P do que no lado N. Devido a uma barreira de potencial formada nesta 
junção (V), é necessária uma d.d.p. com valor acima de 0,6V (em diodos de sinal) 
para que haja a condução. Em diodos de potência, esta tensão necessária gira em 
torno de 1 a 2V. 
Figura 04 – Símbolo do diodo 
 
 
 
 
 
Na figura 05 vemos o aspecto físico de um diodo de potência caracterizado pelo 
anodo rosqueado. 
Figura 05 – Aspecto físico do diodo de potência 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Principais valores nominais para os diodos 
Tensão de pico inversa (PIV) 
O valor nominal da tensão de pico inversa (peak inverse voltage – PIV) é a 
tensão inversa máxima que pode ser ligada nos terminais do diodo sem ruptura. Se 
for excedido a PIV nominal, o diodo começa a conduzir na direção inversa e pode ser 
danificado no mesmo instante. Os valores nominais da PIV são de dezenas a milhares 
de volts, dependendo do tipo do diodo. Os valores nominais da PIV são também 
chamados de tensão de pico reversa (PRV) ou tensão de ruptura (VBR). 
Corrente direta média máxima (If(avg)Max) 
A corrente direta média máxima é a corrente máxima que um diodo pode 
aguentar com segurança quando estiver diretamente polarizado. Os diodos de 
potência estão disponíveis com valores nominais que vão desde alguns poucos a 
centenas de ampères. 
Tempo de recuperação reverso (trr) 
O tempo de recuperação reverso de um diodo é bastante significativo em 
aplicações de chaveamento em alta velocidade. Um diodo real não passa, em um 
único instante, do estado de condução para o estado de não-condução. Nesse 
momento, uma corrente inversa flui por breve período, e o diodo não desliga até que 
a corrente inversa caia a zero. 
O intervalo durante o qual a corrente inversa flui é denominado de tempo de 
recuperação reverso. Durante este período, são removidos os portadores de carga 
armazenados na junção quando a condução direta cessou. 
Os diodos são classificados como de recuperação rápida e lenta com base nos 
tempos de recuperação. Esses tempos vão da faixa de microssegundos, nos diodos 
de junção PN, a várias centenas de nanossegundos em diodos de recuperação rápida, 
como o Schottky. 
Os diodos de recuperação rápida são utilizados em aplicações de alta 
frequencia, tais como inversores, choppers e nobreaks. 
A figura abaixo mostra um caso onde o diodo conduzia a corrente direta (IF) e 
que, depois de desligado, existe um tempo em que a corrente flui no sentido inverso 
(IRR). 
Figura 06 – Tempo de recuperação reverso 
 
 
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Temperatura máxima da junção (Tj(Max)) 
Este parâmetro define a temperatura máxima que o diodo pode suportar, na 
junção, sem apresentar defeito. As temperaturas nominais de diodos de silício estão 
normalmente na faixa de -40ºC a +200ºC. A operação em temperaturas mais baixas 
costuma resultar em um desempenho melhor. Os diodos são em geral montados em 
dispositivos dissipadores de calor para que haja melhora nas condições nominais de 
temperatura. 
Corrente máxima de surto (IFSM) 
O valor nominal da corrente direta máxima de surto é a corrente máxima que o 
diodo pode suportar durante um transitório fortuito ou diante de um defeito no circuito. 
Transistor bipolar de junção (TJB) 
Um transistor bipolar é um dispositivo de três camadas P e N (P-N-P ou N-P-
N), cujos símbolos são mostrados na figura 07. 
Figura 07 – Transistor bipolar de junção 
 
 
 
 
 
 
 
A figura seguinte mostra as correntes e tensões inerentes aos dois tipos de 
TJB’s: 
Figura 08 – Correntes e tensões no TJB 
 
 
 
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Aplicando-se as leis de Kirchoff para corrente e tensão, teremos as seguintes 
equações: 
 NPN ou PNP: IE = IC + IB 
 NPN ou PNP: IC = IB 
 NPN: VCE = VBE + VCB 
 PNP: VEC = VEB + VBC 
Para o TJB trabalhar como chave eletrônica é preciso polarizá-lo nas regiões 
de corte e saturação e como amplificador, na região ativa. 
De modo geral, o TJB de potência segue os mesmos parâmetros do transistor 
de sinal. Algumas características são próprias devido aos níveis de correntes e 
tensões que o dispositivo trabalha, por exemplo: 
a) o ganho ( ) varia entre 15 e 100; 
b) operação como chave, variando entre os estados de corte e saturação; 
c) tensão e corrente máximas de coletor de 700V e 800A, respectivamente; 
d) tensão de saturação é de 1,1V para um transistor de silício. 
e) tensão de bloqueio reverso entre coletor e emissor em torno de 20V, de 
modo que o impede de trabalhar em AC. 
Transistor de efeito de campo metal-óxido-semicondutor (MOSFET) 
O transistor de efeito de campo de semicondutor de óxido metálico (MOSFET) 
de potência é um dispositivo para uso como chave em níveis de potência. Os terminais 
principais são o dreno e a fonte, com a corrente fluindo do dreno para a fonte e sendo 
controlada pela tensão entre a porta e a fonte. Abaixo é mostrado o símbolo do 
MOSFET: 
Figura 09 – Símbolo do MOSFET 
 
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O MOSFET é um transistor de chaveamento rápido, caracterizado por uma alta 
impedância de entrada, apropriado para potências baixas (até alguns quilowatts) e 
para aplicações de alta frequência (até 100kHz). 
Um MOSFET tem aplicações importantes em fontes de alimentação 
chaveadas, nas quais frequências altas de chaveamento subentendem componentes 
menores e mais econômicos, além de motores de baixa velocidade de controle que 
utilizem modulação por largura de pulso – PWM (ver item 6). 
Os MOSFETs estão disponíveis no mercado nos tipos canal N e canal P. 
Entretanto, os dispositivos em canal N têm valores nominais de corrente e tensão mais 
altos. A figura 08 mostra a simbologia de um dispositivo em canal N. 
Devido à alta resistência de porta, a corrente de controle é praticamente nula, 
propiciando um controle de condução entre dreno e fonte a partir de uma tensão 
aplicada no terminal de porta. Ainda, pela baixíssima necessidade de corrente de 
controle, é possível comutar a condução do MOSFET através de circuitos 
microcontrolados. 
O MOSFET é bem mais rápido nas comutações que o TJB, entretanto fornece 
mais perdas de condução na saturação. 
O MOSFET infelizmente sozinho não consegue bloquear uma tensão reversa 
entre dreno e fonte. Isto de deve ao um diodo acoplado internamente a sua estrutura 
em antiparalelo. Este diodo é chamado de diodo de corpo e serve para permitir um 
caminho de retorno para a corrente para a maioria das aplicações de chaveamento. 
Este diodo é visto na figura 10. 
Figura 10 – Detalhe do diodo de corpo 
 
 
 
 
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Transistor bipolar de porta isolada (IGBT) 
O transistor bipolar de porta isolada (IGBT) mescla as características de baixa 
queda de tensão de saturação do TJB com as excelentes características de 
chaveamento e simplicidade dos circuitos de controle da porta do MOSFET. O símbolo 
do IGBT é mostrado a seguir: 
Figura 11 – Símbolo do IGBT 
 
 
 
 
 
 
 
Os IGBTs substituem os MOSFETS em aplicações de alta tensão, nas quais 
as perdas na condução precisam ser mantidas em valores baixos. Embora as 
velocidades de chaveamento dos IGBTs sejam maiores (até 50 kHz) do que as dos 
TJBs, são menores que as dos MOSFETs. Portanto, as frequências máximas de 
chaveamento possíveis com IGBT ficam entre as dos TJBs e as dos MOSFETs. Ao 
contrário do que ocorre no MOSFET, o IGBT não tem qualquer diodo reverso interno. 
Assim, sua capacidade de bloqueio para tensões inversas é muito ruim. A tensão 
inversa máxima que ele pode suportar é de menos de 10 V. 
Retificador controlado de silício (SCR) 
O SCR é um dispositivo de três terminais, chamados de anodo (A), catodo (K) 
e gatilho (G), como mostra a figura a seguir: 
 
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Figura 12 – Retificador controlado de silícioA seguir vemos o aspecto físico mais comum do SCR de potência. A figura 
mostra o anodo sendo o terminal rosqueado e dois rabichos: o catodo, mais grosso, 
e o gatilho, mais fino. 
Figura 13 – Aspecto físico do SCR de potência 
 
 
 
 
 
 
 
Podemos considerar o SCR um diodo controlado pelo terminal de gatilho. No 
SCR, apesar da tensão ser positiva, o mesmo ainda permanece bloqueado (corrente 
nula). Só quando for aplicado um pulso de gatilho, é que o SCR passará a conduzir 
corrente, comportando-se como um curto-circuito. Para observar este fato melhor é 
mostrada a curva deste dispositivo. 
Características e parâmetros 
Observando-se a curva da figura 14, pode-se distinguir três regiões: 
Polarização reversa: com VAKIL), a corrente de gatilho 
poderá ser removida que este continuará em condução. O SCR só voltará ao bloqueio 
se a corrente IA cair abaixo de IH (corrente de manutenção ou holding current), ou se 
VAKe parâmetros 
Sua curva característica é mostrada a seguir: 
Figura 24 – Curva característica do triac 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Pela curva característica, pode-se observar que o TRIAC pode conduzir nos 
dois sentidos de polarização. 
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As condições de disparo são análogas ao do SCR. Podendo ser disparado com 
corrente de gatilho positiva ou negativa. Em condução, apresenta-se quase como um 
curto-circuito com queda de tensão entre 1V e 2V. 
Os terminais são chamados de anodo 1 (A1 ou MT1), anodo 2 (A2 ou MT2) e 
gatilho (G). 
O TRIAC pode ser disparado em qualquer polaridade de tensão e sentido de 
corrente, desta forma ele opera nos quatro quadrantes, tomando-se o terminal A1 
como referência. Vêse este fato na figura 25. 
Figura 25 – Quadrantes de polarização do triac 
 
 
 
 
 
 
A sensibilidade ao disparo varia conforme o quadrante, em função das 
diferenças nos ganhos de amplificação, em cada caso. Normalmente, o primeiro 
quadrante é o de maior sensibilidade ao disparo e o quarto, o de menor. 
O TRIAC em corrente alternada 
Os circuitos a seguir mostram, como exemplo, aplicações simples do TRIAC 
em corrente alternada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Unidade 2: Eletrônica de Potência para Geração, 
Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 
 
Seção 2.1: Eletrônica de potência em sistemas de energia elétrica 
Este curso faz uma apresentação das aplicações eletrônicas de potência no 
sistema elétrico. Inicialmente tem-se um breve histórico da produção e utilização 
industrial da eletricidade, indicandose o surgimento e a evolução do que hoje é 
chamada Eletrônica de Potência. 
Na sequência se faz uma exposição das principais fontes e acumuladores de 
energia que necessitam de conversores eletrônicos para permitir seu aproveitamento. 
Tais fontes estão diretamente relacionadas à geração de energia de forma renovável 
e limpa e se constituem em elementos determinantes para a consolidação de uma 
matriz de energia elétrica menos danosa ao meio ambiente. 
As sessões seguintes apresentam os conversores eletrônicos de potência 
utilizados na conexão das fontes ao sistema elétrico. 
A seguir são apresentadas as aplicações no sistema de transmissão de 
energia, que dão sustentação à tecnologia FACTS (Flexible AC Transmission 
Systems). Tais dispositivos transformam o sistema de transmissão de um elemento 
passivo do sistema para um elemento ativo, no sentido de que se torna possível atuar 
sobre o mesmo para controlar o fluxo de potência entre fontes e para as cargas. 
Uma revisão e um aprofundamento das teorias de potência elétrica são 
apresentados. Tal discussão é de grande importância, especialmente em situações 
que fogem das condições idéias do sistema, ou seja, quando se têm desequilíbrios e 
distorções. Nesses casos as teorias convencionais não são capazes de produzir 
resultados consistentes com os fenômenos físicos associados. 
Ao discutir os aspectos de distribuição, são abordadas aplicações relacionadas 
com qualidade da energia e introduzida a tecnologia de redes inteligentes (smart 
grids), que associam fontes distribuídas de energia, controle descentralizado, 
comunicações, etc. 
Os sistemas eletromecânicos usados no início da eletrificação, que 
continuaram em uso (e ainda o são, em alguma escala) são incapazes de dar ao 
sistema elétrico um comportamento dinâmico adequado às necessidades modernas. 
Apenas com o advento da Eletrônica de Potência na década de 60 do século passado 
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e sua contínua evolução desde então é que tem se tornado possível atuar, 
praticamente em tempo real, sobre grandes quantidades de energia, em qualquer 
estágio, desde sua geração até seu aproveitamento. 
A Figura a seguir, bem como outras imagens, utilizadas em campanhas 
publicitárias da empresa Pirelli, ilustra a idéia de que a potência, sem controle, não 
tem utilidade. A “domesticação” da energia e, em especial, da eletricidade, são fatores 
determinantes para as transformações que têm ocorrido na humanidade nos últimos 
três séculos. 
A importância da Eletrônica de Potência nesse contexto é que essa tecnologia 
é a que permite implementar estratégias de controle eficazes na produção, transporte 
e uso final da energia elétrica. 
Embora limitada pela capacidade de bloqueio de tensão e de condução de 
corrente dos dispositivos semicondutores (diodos, transistores e tiristores), na 
atualidade já é possível construir conversores com capacidade para alguns MVA. 
Tem-se a expectativa de, com evoluções nos materiais utilizados para a construção 
destes dispositivos, ampliar em pelo menos uma ordem de grandeza estes valores, o 
que dará ainda maior capacidade de processamento de energia aos conversores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Seção 2.2: Uma breve história da eletricidade industrial 
As forças da natureza, desde o início da civilização, foram utilizadas para 
realizar trabalhos que facilitassem a atividade humana. Fosse a força das águas, dos 
ventos ou animal, a tecnologia evoluiu no sentido de tornar possível ao Homem o 
aproveitamento controlado dessa energia. 
A energia eólica, como se sabe, é sazonal e um aproveitamento perene é 
possível apenas em poucas localidades. Já a energia hidráulica, embora também 
sofra sazonalidades, está disponível de modo muito mais regular. Por essa razão, as 
instalações industriais (como moinhos e serrarias), instalavam-se ao lado dos cursos 
d’água. A invenção da máquina a vapor, no século XVIII, pela primeira vez tornou 
possível que as instalações industriais se dessem em locais distantes dos cursos 
d’água. 
Exemplos de aproveitamento de energia (imagens Microsoft). 
 
Seja com máquinas eólicas, hidráulicas ou a vapor, a transmissão da energia 
se fazia de forma mecânica, por meio de eixos, roldanas, engrenagens, etc., como 
ilustrado a seguir. O controle independente de cada tipo de maquinário era, assim, de 
maior complexidade e limitado em termos de flexibilidade de aplicações. Em outras 
palavras, a energia mecânica não se constitui em um bom vetor energético, ou seja, 
é difícil de ser levada de um local a outro e conveniente transformada. 
Transmissão mecânica de força motriz: moinho de vento, tração animal, roda d’água 
e máquina a vapor. 
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Possivelmente a principal vantagem da eletricidade sobre outras formas de 
energia seja exatamente sua “portabilidade” e facilidade de transformação. Ou seja, é 
muito fácil levar energia elétrica de um local a outro e também transformá-la em 
movimento, em luz, em calor, etc. Nesse contexto, considera-se que a eletricidade é, 
atualmente, o melhor vetor energético. Por outro lado, sofre de uma grande limitação, 
que é a impossibilidade de armazenagem direta em quantidades significativas. 
A eletricidade industrial 
A eletricidade, como tema de investigação científica remonta ao século XVIII. 
Desde a antiguidade a produção de eletricidade se fazia apenas por meio 
eletrostático, o que significava a capacidade de obter um potencial elétrico elevado, 
mas fortemente dependente do processo de descarga, ou seja, não se dispunha de 
uma fonte de tensão minimamente constante e, assim, da possibilidade de obter uma 
corrente constante de valor significativo. 
Na segunda metade do século XVIII, um assistente de médico italiano Luigi 
Galvani, ao tocar o nervo ciático de uma rã com um escalpelo metálico, verificou uma 
contração muscular na região tocada sempre que uma máquina eletrostática produzia 
uma faísca. Tal observação fez com que Galvani investigasse a relação entre a 
eletricidade e a animação - ou vida. Os resultados das investigações de Galvani 
geraram muita especulação sobre tal relação. Não à toa, a escritora Mary Shelley em 
seu romance “Frankenstein”, vincula a animação do corpo do ser criado pelo Dr. 
Frankenstein a uma descarga de eletricidade. 
Cena do filme“Jovem Frankenstein” (Mel Brooks, 1974), na qual uma descarga 
elétrica confere vida ao novo ser. 
 
 
 
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Galvani não via a eletricidade como a essência da vida, acreditando que a 
eletricidade animal vinha do músculo. A divulgação de suas descobertas, no entanto, 
levou à invenção da primeira bateria elétrica por Alessandro Volta. 
Volta fez observações no trabalho de Galvani e realizou experimentos próprios, 
concluindo que as rãs não produziam eletricidade. O que ocorria era que os metais 
utilizados na conexão dos nervos e músculos da rã geravam a eletricidade, e que a 
passagem da corrente causava as contrações musculares. Volta percebeu que as 
contrações ocorriam e continuavam enquanto houvesse um circuito fechado e que 
fossem utilizados contatos de metais heterogêneos. Disto ele concluiu que o princípio 
de excitação residia nos metais. Concluiu também que a corrente elétrica surgia 
quando estes metais estavam separados por um meio condutor, como as pernas da 
rã ou uma solução salina e o músculo funcionava apenas como um condutor e 
detector biológico da corrente elétrica. 
Em 1800 Volta reaalizou um dispositivo, dispondo diversos discos metálicos 
empilhados em série, separados por discos de feltro encharcados de solução 
condutora. 
Bateria de Volta 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Com tal invenção, os estudiosos da eletricidade passaram a dispor de uma 
fonte perene de eletricidade, o que permitiu a obtenção de resultados revolucionários. 
A produção de eletricidade, ao longo de toda a primeira metade do século XIX 
provinha, pois, de reações eletroquímicas, fontes de Corrente Contínua (CC). A 
primeira bateria recarregável, do tipo chumbo-ácido, foi inventada em 1859, por 
Gaston Plantè. 
As pesquisas realizadas na primeira metade do século XIX resultaram nas 
descobertas das leis fundamentais do eletromagnetismo. As descobertas de Michael 
Faraday e Joseph Henry, de forma autônoma, em 1831, fazendo a vinculação dos 
fenômenos elétricos aos magnéticos, abriram as portas para outras formas de 
produção de energia elétrica, em maior quantidade e, portanto, à aplicação produtiva 
da eletricidade. 
Estudos pioneiros das leis do eletromagnetismo. 
 
 
Poucos anos depois, conhecida a propriedade de campos eletromagnéticos 
interagirem entre si, produzindo ação mecânica, começaram os desenvolvimentos dos 
motores elétricos. 
O desenvolvimento dos motores CC começa em 1832, com William Sturgeon. 
Seguiram-se os desenvolvimentos realizados por Emily and Thomas Davenport em 
1837, levando a um motor CC com comutador. Ocorre que não havia suprimento de 
energia adequado para estes dispositivos. 
Em 1856 Werner Siemens desenvolveu uma máquina, à qual denominou 
“dínamo”, com objetivo de substituir as baterias (que não eram recarregáveis) nos 
sistemas telegráficos. Em 1867 aperfeiçoou o invento com a introdução de um sistema 
de autoexcitação, tendo enunciado o princípio de reversibilidade, ou seja, que a 
mesma máquina poderia atuar como gerador ou motor. 
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Em 1869, Zenobe Gramme patenteou o dínamo (gerador CC), aproveitando o 
princípio de autoexcitação de Siemens e a invenção dos anéis coletores por Antonio 
Pacinotti em 1865. Ao conectar duas destas máquinas em paralelo, sendo que apenas 
uma era acionada mecanicamente, observou que a outra máquina passara a rodar e 
desenvolver torque em seu eixo, ou seja, atuava como motor. Tinha-se, assim a 
possibilidade de gerar eletricidade a partir de uma fonte de energia mecânica e em 
muito maior quantidade do que as pilhas de Volta. A produção industrial do dínamo 
de Gramme se iniciou em 1871. Mais do que isso, a experiência de Gramme 
demonstrou ser possível transmitir energia elétrica através de fios condutores, ou seja, 
tornava-se possível que a fonte de energia e as cargas não mais estivessem no 
mesmo local. 
Durante a década de 80 do século XIX, impulsionado pelos trabalhos e 
investimentos de Thomas Edison, ampliou-se a produção e o aproveitamento da 
eletricidade em sua forma CC. A transmissão da energia se dava em distâncias 
relativamente curtas, uma vez que o nível de tensão era reduzido (110 V) por razões 
de segurança. 
Dínamo de Siemens (esq.) e de Gramme (dir) e dínamo de seis polos patenteado 
por René Thury em 1883 (abaixo). 
 
O aumento da demanda por eletricidade e a necessidade de aumentar a 
distância de transmissão apontavam para a elevação da tensão, o que encontrava 
severas limitações em termos de isolação dos condutores e proteção dos usuários. 
Também ocorriam estudos para o uso de corrente alternada. Em 1881 Gaulard 
e Gibbs construíram um dispositivo considerado um transformador primitivo, com 
núcleo aberto, que permitia obter tensão CA de saída isolada da aplicada na entrada. 
Denominaram esse dispositivo de “gerador secundário”, o qual foi inicialmente usado 
para alimentação de lâmpadas de arco. 
28 
 
 
A geração de tensão CA era feita pelos dínamos, sem uso do comutador, 
coletando a tensão por meio de anéis diretamente na bobina do rotor. 
Em 1884 Gaulard construiu uma linha de transmissão CA de 34 km de 
extensão, 2 kV, 130 Hz. Seus “geradores secundários” tiveram os enrolamentos de 
entrada conectados em série e as saídas, isoladas, alimentavam as cargas no nível 
adequado de tensão. 
Nesse mesmo ano Galileo Ferraris desenvolveu estudos sobre o dispositivo de 
Gaulard e identificou a existência de defasagem entre tensão e corrente, definindo os 
conceitos de potência ativa e de fator de potência. Em 1885, Ferraris produziu um 
campo girante a partir de duas tensões defasadas, sendo considerado, juntamente 
com Tesla, inventor do motor de indução. 
Ainda em 1885, Otto Bláthy construiu um dispositivo com núcleo magnético 
fechado, denominando-o de “transformador”. A invenção do transformador permitiu, 
por meio do ajuste das relações de espiras, a efetivação do conceito de transmissão 
de energia em CA, com diversos transformadores alimentados por uma mesma fonte 
de tensão e com secundários independentes. 
“Gerador secundário” de Gaulard e Gibbs (esq.) e Transformador de Bláthy (dir). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Em 1888, Nikola Tesla inventa o motor de indução. Na verdade Tesla, em 1888, 
através duas patentes registra a invenção não apenas do motor de indução, indicando 
a possibilidade de uso de rotor bobinado ou em gaiola, mas também do motor de 
relutância variável e do motor a histerese, estes últimos com característica de 
sincronismo com o campo girante. Embora concedidas na mesma data (1º de maio 
de 1888) a patente referente ao motor de indução foi solicitada cerca de um mês após 
as demais, talvez indicando que os estudos dos fenômenos que levavam à produção 
29 
 
 
de torque no rotor continuaram mesmo após o pedido inicial (que não se referia ao 
motor de indução). 
As vantagens do uso de CA para transmissão e distribuição de energia elétrica 
fizeram desta tecnologia a responsável pela formidável expansão da eletrificação a 
partir do final do século XIX. Note-se que as ilustrações presentes nas patentes de 
Tesla indicam o sistema CA completo, uma vez que incluem um gerador síncrono 
(identificado pela letra G, com a armadura no rotor, à semelhança do que ocorre nas 
máquinas CC) que alimenta o motor CA. Embora as figuras mostrem o sistema 
bifásico, as patentes também registram sistemas polifásicos. 
Embora existissem tais geradores CA (derivados das máquinas CC) estes não 
operavam como motor, pois lhes faltava torque de partida, o que só se tornou possível 
com a invenção do motor de indução e a introdução da gaiola no rotor e a configuração 
atual, com a armadura no estator. 
Galileo Ferraris, Nikola Tesla e réplicas dos motores de indução de Ferraris e de 
Tesla 
 
Ilustrações das patentes do motor de indução (à esq.) e do motor de relutância 
variável (à dir.). 
 
30 
 
 
Outro nome importante, MikhailOsipovich Dolivo-Dobrovolsky é considerado o 
criador do sistema trifásico e um dos desenvolvedores do motor de indução, de 
maneira independente dos trabalhos de Tesla. Foi o inventor do transformador 
trifásico e do motor de indução em curto-circuito (gaiola de esquilo). Desenvolveu os 
estudos pioneiros relacionados às conexões delta-estrela. O êxito do sistema trifásico 
foi exibido na Europa na Exposição Eletrotécnica Internacional de 1891, onde Dolivo-
Dobrovolsky usou este sistema para transmitir energia elétrica, em 40 Hz e 15 kV, a 
uma distância de 176 km entre Lauffen, local da primeira usina hidrelétrica trifásica, e 
Frankfurt, local da exposição. O sistema apresentou eficiência de 75%. Os primeiros 
motores de indução trifásicos com rotor em gaiola apresentavam baixo torque de 
partida, o que Dolivo-Dobrovolsky solucionou com a inclusão de resistências externas 
conectadas ao rotor por meio de anéis coletores. Seu trabalho pode ser considerado 
definitivo para a vitória do sistema CA sobre o CC na chamada “guerra das correntes”. 
Dolivo-Dobrovolsky e as instalações pioneiras da hidrelétrica em Lauffen, Alemanha, 
no rio Neckar (1891). O gerador à esquerda e o transformador à direita. 
 
 
 
 
 
 
 
 
As vantagens do uso de CA para transmissão e distribuição de energia elétrica 
fizeram desta tecnologia a responsável pela formidável expansão da eletrificação a 
partir do final do século XIX. 
O funcionamento dos motores CA em velocidade constante, ou 
aproximadamente constante, como no caso do motor de indução, no entanto, impedia 
seu uso em aplicações veiculares (trens, bondes, etc.) ou alguns processos 
industriais, como laminadoras. Nestas aplicações, o motor CC mantinha seu 
predomínio, já que facilmente se alterava sua velocidade, mantendo a necessidade 
de fornecimento de energia em corrente contínua, em potências relativamente 
elevadas. 
31 
 
 
Os sistemas de transmissão de energia em CC assumiram valores compatíveis 
com as aplicações de transporte: 600 V em uso urbano (bondes), 1,5 kV em uso 
ferroviário (vias isoladas). Alguns sistemas de transmissão com tensão mais elevada 
foram testados no final do século XIX, fazendo uso de associações série de geradores 
e de cargas. As limitações técnicas de tal solução, combinadas com a rápida 
implantação de sistemas CA, manteve linhas de alimentação CC limitadas aos 
sistemas de transporte. 
Bonde elétrico em Campinas e controle reostático de velocidade. 
 
 
Seção 2.3: O início da eletrônica 
No início do século XX, a partir de experimentos realizados por Edison, que 
introduziu um eletrodo com potencial positivo em sua lâmpada de filamento para evitar 
que houvesse deposição de material no bulbo, Ambrose Fleming identificou a 
capacidade de este dispositivo atuar como retificador. Ou seja, converter uma 
alimentação CA aplicada ao filamento em CC, coletada no eletrodo auxiliar. Uma vez 
que a produção de eletricidade já se fazia em CA, essa invenção possibilitou o 
processamento da energia elétrica de forma a se adequar às cargas CC. 
Foram também desenvolvidos outros dispositivos retificadores, como as 
válvulas a arco de mercúrio, mais adequadas a aplicações de potência elevada, 
devido à maior capacidade de corrente devido ao plasma criado pelo arco. Seu uso 
permitiu substituir os grupos motores-geradores para produção de corrente contínua 
necessária aos sistemas de tração. 
Nos anos 20 do século passado surgiu a Thyratron, que não é um dispositivo 
a vácuo, uma vez que seu interior é ocupado por algum gás, responsável por ampliar 
a quantidade de íons e, em consequência, a capacidade de condução de corrente. 
Seu comportamento é o de um interruptor que é acionado por um terminal de disparo. 
32 
 
 
Com este dispositivo foi possível aprimorar os processos alimentados em CC, 
pois se tornou viável o ajuste do valor da tensão e/ou corrente por meio de uma 
retificação controlada. 
A. Fleming, o diodo à vácuo, Thyratron a vapor de mercúrio, utilizada até 1950 
 
Em termos de dispositivos de estado sólido, no ano de 1925 foi registrada uma 
patente (concedida em 1930 a Julius Edgard Lilienfeld, reproduzida a seguir) que se 
referia a “um método e um dispositivo para controlar o fluxo de uma corrente elétrica 
entre dois terminais de um sólido condutor”. Tal patente, que pode ser considerada a 
precursora do que viriam a ser os Transistores de Efeito de Campo de Junção (JFET), 
no entanto, não redundou em um componente prático, uma vez que não havia, então, 
tecnologia que permitisse sua construção, nem havia material com a condição de 
condutividade necessária ao funcionamento do dispositivo. Isto se modificou a partir 
do final da década de 40, com a nova tecnologia dos semicondutores dopados. 
Julius Lilenfeld e desenhos de sua patente do que viria a ser, décadas depois, um 
JFET 
33 
 
 
Pedido de patente de dispositivo que apresenta o princípio de funcionamento dos 
transistores de efeito de campo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Da eletrônica de estado sólido à Eletrônica de Potência 
Em 1947 John Bardeen e Walter Brattain, que trabalhavam no Bell Telephone 
Laboratories, estudavam o comportamento de elétrons na interface entre um metal e 
um semicondutor. Ao fazer dois contatos muito próximos um do outro, criaram um 
dispositivo de três terminais com capacidade de amplificação. Bardeen e Brattain 
receberam o Prêmio Nobel de Física de 1956, juntamente com William Shockley, "por 
suas pesquisas em semicondutores e descoberta do efeito transistor". Shockley tinha 
desenvolvido um transistor de junção, que foi construído em camadas finas de 
diferentes tipos de material semicondutor. 
Tais descobertas levaram a um enorme esforço de pesquisa em dispositivos 
eletrônicos de estado sólido. Ao longo dos anos 50 os trabalhos se concentraram na 
substituição do germânio pelo silício como elemento sobre o qual construir os 
34 
 
 
dispositivos semicondutores. As propriedades do silício são muito superiores às do 
germânio (no que tange à realização de tais dispositivos), permitindo obter maiores 
capacidades de bloqueio de tensão, de condução de corrente e operação em 
temperatura mais elevada. 
Os primeiros transistores tinham como aplicação principal a amplificação de 
sinais. Embora muito mais eficientes do ponto de vista energético em comparação 
com as válvulas, a aplicação em potências elevadas não era possível. 
Reprodução do primeiro transistor 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
O alto rendimento exigido no processamento da energia elétrica faz com que 
os dispositivos devam atuar como interruptor quando, idealmente, não dissipam 
potência, pois apresentam ou tensão nula (quando conduzem) ou corrente nula 
(quando abertos). A transição de um estado a outro, idealmente, deve ser instantânea. 
O primeiro dispositivo de estado sólido, que marca o nascimento do campo 
tecnológico a que denominamos Eletrônica de Potência foi o SCR (Retificador 
Controlado de Silício), denominação dada pela General Electric, em 1958. Tratava-se 
de um dispositivo com o mesmo comportamento biestável da thyratron. Por tal razão, 
a denominação genérica que se estabeleceu para o componente foi Tiristor. 
O domínio sobre os processos de purificação do silício, aliado ao 
aprofundamento dos conhecimentos sobre os fenômenos da física do estado sólido e 
dos processos microeletrônicos permitiu ao longo dos anos 60 e 70 o aumento na 
capacidade de controle de potência dos tiristores, atingindo valores na faixa de MVA. 
Publicidade do primeiro SCR (Tiristor) pela GE e dispositivos modernos. 
 
35 
 
 
 
Não houve, naquela fase, o desenvolvimento de novas aplicações, mas a 
substituição de dispositivos a vácuo/gás ou eletromecânicos pelos tiristores, com 
ganhos de rendimento e de desempenho, principalmente como retificador (conversor 
CA-CC) no acionamento de motores CC. 
Em sistemascom alimentação CC, como em trens e tróleibus, o uso dos 
tiristores enfrentou dificuldades, dada a incapacidade de estes dispositivos serem 
desligados por ação do terminal de comando (gate). Foram desenvolvidas estratégias 
para possibilitar tal tipo de aplicação. São do início dos anos 60 os circuitos de 
comutação idealizados por William McMurray que permitiam o uso do tiristor em CC, 
bem como a obtenção de uma saída CA a partir da entrada CC. Tais conversores 
visavam a substituição de motores CC por motores de indução em aplicações de 
velocidade variável. No entanto a complexidade dos circuitos e problemas de 
confiabilidade restringiram fortemente as aplicações. A primeira aplicação ferroviária 
de um conversor eletrônico de potência ocorreu no Japão em 1969, com o controle do 
enrolamento de campo (por meio de conversor CC-CC) dos motores CC de tração. O 
uso de motor de indução nesta aplicação ocorreu em 1982. No Brasil, a modernização 
dos transportes aconteceu a partir dos sistemas metroviários no final dos anos 70. 
As técnicas de comutação forçada de tiristores caíram em desuso nos anos 80 
com o desenvolvimento do GTO (Gate Turn-Off thyristor), que permitia tanto o disparo 
quando o bloqueio controlado. Os GTOs dominaram as aplicações de tração com 
alimentação CC até o final do século XX, quando foram substituídos por componentes 
mais modernos. 
Outro campo que se beneficiou do desenvolvimento dos tiristores foi o sistema 
de transmissão de energia elétrica por meio de linhas em corrente contínua de alta 
tensão, envolvendo retificadores e inversores. A instalação do sistema CC para trazer 
energia da parte paraguaia de Itaipú (gerada em 50 Hz) até o sudeste do Brasil (onde 
se converte em 60 Hz) ocorreu nos anos 80. Ainda na área do sistema elétrico, 
36 
 
 
surgiram dispositivos de compensação, como os reatores controlados a tiristor (RCT) 
ou o TCSC (Thyristor Controled Series Compensator), instalado no início deste século 
na interligação dos sistemas norte (Tucuruí) ao sistema sul-sudeste. 
Transportes eletrificados modernos tipicamente usam motores CA acionados por 
inversores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Conjunto de tiristores formando uma válvula no sistema retificador de Itaipu 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
O elevado ganho de rendimento obtido com os tiristores, em comparação com 
as soluções anteriores, não veio acompanhado de aumento na densidade de potência 
dos conversores, uma vez que os dispositivos continuavam a operar em 50/60 Hz. 
Apenas quando houve disponibilidade de transistores de potência com capacidade de 
comutar na faixa de dezenas ou centenas de kHz tornou possível uma grande redução 
no volume dos transformadores, indutores e capacitores utilizados nos conversores, 
minimizando o espaço requerido pelas fontes de alimentação dos equipamentos. 
37 
 
 
Ao longo dos anos 60 e 70 as aplicações eletrônicas, principalmente na área 
de computação, cresceram vertiginosamente. O suprimento de energia para sistemas 
espaciais, computadores, bem como para uso residencial e comercial, como reatores 
para lâmpadas fluorescentes e televisores, exigiam soluções mais eficientes, leves e 
compactas. Nesta direção, houve grande evolução dos transitores, não para operar 
como amplificador (na região ativa) mas para funcionar como interruptor. 
Diferentemente dos tiristores que, por seu funcionamento se adequam à 
alimentação CA, os transistores têm sua melhor aplicação a partir de fontes CC. Ao 
desenvolvimento dos transistores bipolares de potência somou-se a evolução dos 
transistores de efeito de campo, principalmente o MOSFET (Metal-Oxide Silicon Field 
Effect Transistor), resultando, no final dos anos 80 no surgimento do IGBT (Insulated 
Gate Bipolar Transistor). Em níveis crescentes de tensão e corrente, as fontes 
chaveadas e os inversores (conversores alimentados em CC) tiveram um enorme 
desenvolvimento em termos de desempenho e confiabilidade. 
Estrutura interna e moderno dispositivo (Semikron) 
 
O sucesso dos inversores, ao permitir o controle de velocidade dos motores de 
indução, a partir dos anos 90, praticamente eliminou o uso dos motores CC de 
escovas. É certo que ainda existem aplicações com tais motores, mas os processos 
de troca de equipamentos sempre apresentam vantagens para o uso dos motores CA 
associados aos inversores. 
Fontes chaveadas e “ballasts” eletrônicos para lâmpadas fluorescentes 
 
 
 
 
 
38 
 
 
Outras estruturas de motores, como o motor de relutância variável, os motores 
de passo, os motores CC sem escovas (DC brushless) necessitam de um conversor 
eletrônico para seu funcionamento. Conjuga-se, deste modo o desenvolvimento dos 
sistemas de acionamento ao de eletrônica de potência de maneira irreversível. 
O direcionamento atual da Eletrônica de Potência tem sido em busca de 
processos de aproveitamento de energia mais ambientalmente adequados. Os usos 
de energia fotovoltaica, eólica, do hidrogênio, carecem de um processamento 
eletrônico para sua adequação às cargas. 
Apesar dos imensos progressos da microeletrônica (já tendo se tornado 
nanoeletrônica), do ponto de vista dos dispositivos de potência, aparentemente se 
está no limite da capacidade do silício em termos de bloqueio de tensão e de condução 
de corrente. A quebra dos atuais limites destas grandezas, que permitiria ampliar as 
aplicações, depende do desenvolvimento de novos materiais semicondutores, como 
carbetos de silício, ou nitreto de gálio, capazes de ampliar o campo elétrico suportável, 
diminuir perdas, facilitar o fluxo do calor interno, etc. Quem sabe, daqui a uns 10 anos 
tenha-se um novo e importante capítulo nessa história. 
Sem Eletrônica de Potência não se aproveitam adequadamente as fontes 
limpas e renováveis de Limites de capacidade de componentes semicondutores de 
potência (adaptado de B. Wu, 2005). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
39 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
As limitações dos dispositivos 
Como se verá na sequência do curso, por simplicidade, muitas vezes os 
interruptores de potência sejam considerados como chaves ideais. Isso significa que 
quando desligados a corrente por eles é zero. Quando em condução, a queda de 
tensão é nula. As transições entre os estados ligado e desligado são instantâneas. 
Nestas três situações idealizadas, não ocorre dissipação de energia no dispositivo. 
No entanto, nenhuma delas é verdadeira. 
A simplificação que mais se aproxima da situação real é o estado desligado, no 
qual, efetivamente, a corrente de fuga pode ser desconsiderada (para efeitos de 
dissipação de energia). NO estado de condução, a queda de tensão (a depender do 
dispositivo) pode ser de vários Volts, o que leva a uma potência dissipada não 
desprezível, a depender da corrente. Também a transição entre estados é 
problemática uma vez que, no caso dos transistores, se dá através da região ativa, na 
qual tanto a tensão quando a corrente assumem valores elevados, como mostra a 
figura a seguir. Para que a energia dissipada seja mínima é importante que a transição 
seja a mais rápida possível, de modo a limitar a energia perdida, já que o pico de 
potência é elevado. 
Comutação de transistor bipolar atravessando a região ativa (carga resistiva). 
Exemplo de sinais de tensão, corrente e potência para cálculo de potência média 
dissipada. 
 
40 
 
 
 
 
A energia dissipada leva a uma elevação da temperatura interna do 
componente, o qual tem definida uma “máxima temperatura de junção”, abaixo da qual 
se garante que o dispositivo tem capacidade de suportar a tensão especificada (no 
estado bloqueado) e conduzir a corrente nominal. Operar acima de tal temperatura 
implica em uma rápida redução na capacidade de bloqueio o que conduz à falha do 
componente. 
Para os componentes de silício, a temperatura estabelecida pelos fabricantes 
está entre 120 e 150°C. Para que o dispositivonão a ultrapasse são utilizados 
sistemas de dissipação de calor por meio do aumento da superfície de troca com o 
ambiente (normalmente placas ou blocos metálicos que fazem o contato entre o 
encapsulamento do dispositivo e o ar circundante). Em casos de maior potência, se 
faz uso de circulação forçada de ar ou até do uso de líquidos refrigerantes, para 
aumentar a capacidade de extração da energia dissipada, sem que a temperatura da 
junção se eleve em demasia. 
 
Seção 2.4: Materiais Emergentes 
A busca por materiais alternativos ao silício se deve, em grande parte, à busca 
de ampliar a temperatura de operação, aumentar a capacidade de bloqueio de tensão, 
de condução de corrente ou ainda a frequência de comutação. Todos esses aspectos 
se inter-relacionam pela dissipação de potência no componente. 
A Tabela 1.1 mostra propriedades de diversos materiais a partir dos quais se 
pode, potencialmente, produzir dispositivos semicondutores de potência. 
Carbetos de Silício são materiais sobre os quais se fazem intensas pesquisas. 
O gap de energia é maior que o dobro do Si, permitindo operação em temperaturas 
elevadas. Adicionalmente apresenta elevada condutividade térmica (que é baixa para 
41 
 
 
GaAs), facilitando a dissipação do calor produzido no interior do semicondutor. Sua 
principal vantagem em relação tanto ao Si quanto ao GaAs é a intensidade de campo 
elétrico de ruptura, que é aumentada em uma ordem de grandeza. Outro material de 
interesse potencial é o diamante que teria o maior gap de energia, a maior 
condutividade térmica e a maior intensidade de campo elétrico, além de elevada 
mobilidade de portadores. 
Tabela 1.1 Propriedades de materiais semicondutores 
 
As resistências da região de deriva são fortemente influenciadas pelos 
materiais. A resistência de um componente de diamante teria, assim, um valor cerca 
de 30000 vezes menor do que se tem hoje num componente de Si. O impacto sobre 
a redução das perdas de condução é óbvio. 
Tabela 1.2 Resistência ôhmica da região de deriva 
 
Na Tabela 1.3 tem-se, para um dispositivo que deve suportar 1 kV, as 
necessidades de dopagem e o comprimento da região de deriva. Nota-se também 
aqui que os novos materiais permitirão uma redução drástica no comprimento dos 
dispositivos, implicando numa menor quantidade de material, embora isso não 
necessariamente tenha impacto sobro o custo. Um dispositivo de diamante seria, em 
princípio, capaz de suportar 1 kV com uma dopagem elevada na região de deriva e 
num comprimento de apenas 2 m, ou seja, 50 vezes menos que um componente 
equivalente de Si. 
Na Tabela 1.4 tem-se expressa a redução no tempo de vida dos portadores no 
interior da região de deriva. Este parâmetro tem implicações sobre a velocidade de 
comutação dos dispositivos, sendo, assim, esperável que componentes de diamante, 
sejam algumas ordens de grandeza mais rápidos que os atuais componentes de Si. 
42 
 
 
 
Tabela 1.3 Dopagem e comprimento da região de deriva para junção abrupta 
suportar 1 kV 
 
Tabela 1.4 Tempo de vida de portador (na região de deriva) para junção com 
ruptura de 1kV 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
43 
 
 
 
Unidade 3: Principais Elementos em Comandos 
Elétricos 
 
Seção 3.1: Botoeira ou Botão de comando 
Nessa sessão o objetivo é o de conhecer as ferramentas necessárias à 
montagem de um painel elétrico. Assim como para trocar uma simples roda de carrro, 
quando o pneu fura, necessita-se conhecer as ferramentas próprias, em comandos 
elétricos, para entender o funcionamento de um circuito e posteriormente para 
desenhar o mesmo, necessita-se conhecer os elementos apropriados. A diferença 
está no fato de que em grandes painéis existem altas correntes elétricas que podem 
levar o operador ou montador a riscos de vida. 
Um comentário importante neste ponto é que por via de regra os circuitos de 
manobra são divididos em “comando” e “potência”, possibilitando em primeiro lugar a 
segurança do operador e em segundo a automação do circuito. Embora não pareça 
clara esta divisão no presente momento, ela tornar-se-á comum a medida que o aluno 
familiariza-se com a disciplina. 
Quando se fala em ligar um motor, o primeiro elemento que vem a mente é o 
de uma chave para ligá-lo. Só que no caso de comandos elétricos a “chave” que liga 
os motores é diferente de uma chave usual, destas que se tem em casa para ligar a 
luz por exemplo. A diferença principal está no fato de que ao movimentar a “chave 
residencial” ela vai para uma posição e permanece nela, mesmo quando se retira a 
pressão do dedo. Na “chave industrial” ou botoeira há o retorno para a posição de 
repouso através de uma mola, como pode ser observado na figura 2.1a. O 
entendimento deste conceito é fundamental para compreender o porque da existência 
de um selo no circuito de comando. 
Figura 2.1 – (a) Esquema de uma botoeira – (b) Exemplos de botoeiras 
comerciais 
 
 
 
 
44 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A botoeira faz parte da classe de componentes denominada “elementos de 
sinais”. Estes são dispositivos pilotos e nunca são aplicados no acionamento direto de 
motores. 
A figura 2.1a mostra o caso de uma botoeira para comutação de 4 pólos. O 
contato NA (Normalmente Aberto) pode ser utilizado como botão LIGA e o NF 
(Normalmente Fechado) como botão DESLIGA. Esta é uma forma elementar de 
intertravamento. Note que o retorno é feito de forma automática através de mola. 
Existem botoeiras com apenas um contato. Estas últimas podem ser do tipo NA ou 
NF. 
Ao substituir o botão manual por um rolete, tem-se a chave fim de curso, muito 
utilizada em circuitos pneumáticos e hidráulicos. Este é muito utilizado na 
movimentação de cargas, acionado no esbarro de um caixote, engradado, ou qualquer 
outra carga. 
Outros tipos de elementos de sinais são os Termostatos, Pressostatos, as 
Chaves de Nível e as chaves de fim de curso (que podem ser roletes) 
Todos estes elementos exercem uma ação de controle discreta, ou seja, liga / 
desliga. Como por exemplo, se a pressão de um sistema atingir um valor máximo, a 
ação do Pressostato será o de mover os contatos desligando o sistema. Caso a 
pressão atinja novamente um valor mínimo atua-se re-ligando o mesmo. 
 
45 
 
 
Seção 3.2: Relés 
Os relés são os elementos fundamentais de manobra de cargas elétricas, pois 
permitem a combinação de lógicas no comando, bem como a separação dos circuitos 
de potência e comando. Os mais simples constituem-se de uma carcaça com cinco 
terminais. Os terminais (1) e (2) correspondem a bobina de excitação. O terminal (3) 
é o de entrada, e os terminais (4) e (5) correspondem aos contatos normalmente 
fechado (NF) e normalmente aberto (NA), respectivamente. 
Uma característica importante dos relés, como pode ser observado na figura 
2.2a é que a tensão nos terminais (1) e (2) pode ser 5 Vcc, 12 Vcc ou 24 Vcc, enquanto 
simultâneamente os terminais (3), (4) e (5) podem trabalhar com 110 Vca ou 220 Vca. 
Ou seja não há contato físico entre os terminais de acionamento e os de trabalho. 
Este conceito permitiu o surgimento de dois circuitos em um painel elétrico: 
I. Circuito de comando: neste encontra-se a interface com o operador da 
máquina ou dispositvo e portanto trabalha com baixas correntes (até 10 
A) e/ou baixas tensões. 
II. Circuito de Potência: é o circuito onde se encontram as cargas a serem 
acionadas, tais como motores, resistências de aquecimento, entre 
outras. Neste podem circular correntes elétricas da ordem de 10 A ou 
mais, e atingir tensões de até 760 V. 
Figura 2.2 – Diagrama esquemático de um relé 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Em um painel de comando, as botoeiras, sinaleiras e controladores diversos 
ficam no circuito de comando. 
Do conceito de relés pode-se derivar o conceito de contatores, visto no próximo 
item. 
 
46 
 
 
Seção 3.3: Contatores 
Para fins didáticospode-se considerar os contatores como relés espandindos 
pois o principio de funcionamento é similar. Conceituando de forma mais técnica, o 
contator é um elemento eletro-mecânico de comando a distância, com uma única 
posição de repouso e sem travamento. 
Como pode ser observado na figura 2.3, o contator consiste basicamente de 
um núcleo magnético excitado por uma bobina. Uma parte do núcleo magnético é 
móvel, e é atraído por forças de ação magnética quando a bobina é percorrida por 
corrente e cria um fluxo magnético. Quando não circula corrente pela bobina de 
excitação essa parte do núcleo é repelida por ação de molas. Contatos elétricos são 
distribuídos solidariamente a esta parte móvel do núcleo, constituindo um conjunto de 
contatos móveis. Solidário a carcaça do contator existe um conjunto de contatos fixos. 
Cada jogo de contatos fixos e móveis podem ser do tipo Normalmente aberto (NA), 
ou normalmente fechados (NF). 
Figura 2.3 – Diagrama esquemático de um contator com 2 terminais NA e um 
NF 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Os contatores podem ser classificados como principais (CW, CWM) ou 
auxiliares (CAW). De forma simples pode-se afirmar que os contatores auxiliares tem 
corrente máxima de 10A e possuem de 4a 8 contatos, podendo chegar a 12 contatos. 
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Os contatores principais tem corrente máxima de até 600A. De uma maneira geral 
possuem 3 contatos principais do tipo NA, para manobra de cargas trifásicas a 3 fios. 
Um fator importante a ser observando no uso dos contatores são as faíscas 
produzidas pelo impacto, durante a comutação dos contatos. Isso promove o desgaste 
natural dos mesmos, além de consistir em riscos a saúde humana. A intensidade das 
faíscas pode se agravar em ambientes úmidos e também com a quantidade de 
corrente circulando no painel. Dessa forma foram aplicadas diferentes formas de 
proteção, resultando em uma classificação destes elementos. Basicamente existem 4 
categorias de emprego de contatores principais: 
a) AC1: é aplicada em cargas ôhmicas ou pouco indutivas, como aquecedores 
e fornos a resistência. 
b) AC2: é para acionamento de motores de indução com rotor bobinado. 
c) AC3: é aplicação de motores com rotor de gaiola em cargas normais como 
bombas, ventiladores e compressores. 
d) AC4: é para manobras pesadas, como acionar o motor de indução em plena 
carga, reversão em plena marcha e operação intermitente. 
A figura 2.4 mostra o aspecto de um contator comum. Este elemento será mais 
detalhado em capítulos posteriores. 
Figura 2.4 – Foto de contatores comerciais 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Seção 3.4: Fusíveis 
Os fusíveis são elementos bem conhecidos pois se encontram em instalações 
residenciais, nos carros, em equipamentos eletrônicos, máquinas, entre outros. 
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Tecnicamente falando estes são elementos que destinam-se a proteção contra 
correntes de curto-circuito. Entende-se por esta última aquela provocada pela falha 
de montagem do sistema, o que leva a impedância em determinado ponto a um valor 
quase nulo, causando assim um acréscimo significativo no valor da corrente. 
Sua atuação deve-se a a fusão de um elemento pelo efeito Joule, provocado 
pela súbita elevação de corrente em determinado circuito. O elemento fusível tem 
propriedades físicas tais que o seu ponto de fusão é inferior ao ponto de fusão do 
cobre. Este último é o material mais utilizado em condutores de aplicação geral. 
 
Seção 3.5: Disjuntores 
Os disjuntores também estão presentes em algumas instalações residenciais, 
embora sejam menos comuns do que os fusíveis. Sua aplicação determinadas vezes 
interfere com a aplicação dos fusíveis, pois são elementos que também destinam-se 
a proteção do circuito contra correntes de curto-circuito. Em alguns casos, quando há 
o elemento térmico os disjuntores também podem se destinar a proteção contra 
correntes de sobrecarga. 
A corrente de sobrecarga pode ser causada por uma súbita elevação na carga 
mecânica, ou mesmo pela operação do motor em determinados ambientes fabris, 
onde a temperatura é elevada. 
A vantagem dos disjuntores é que permitem a re-ligação do sistema após a 
ocorrência da elevação da corrente, enquanto os fusíveis devem ser substituídos 
antes de uma nova operação. 
Para a proteção contra a sobrecarga existe um elemento térmico (bi-metálico). 
Para a proteção contra curto-circuito existe um elemento magnético. 
O disjuntor precisa ser caracterizado, além dos valores nominais de tensão, 
corrente e freqüência, ainda pela sua capacidade de interrupção, e pelas demais 
indicações de temperatura e altitude segundo a respectiva norma, e agrupamento de 
disjuntores, segundo informações do fabricante, e outros, que podem influir no seu 
dimensionamento. 
A figura 2.5 mostra o aspecto físico dos disjuntores comerciais. 
Figura 2.5 – Aspecto dos disjuntores de três e quatro pólos 
 
 
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Relé Térmico ou de Sobrecarga 
Antigamente a proteção contra corrente de sobrecarga era feita por um 
elemento separado denominado de relé térmico. Este elemento é composto por uma 
junta bimetálica que se dilatava na presença de uma corrente acima da nominal por 
um período de tempo longo. Atualmente os disjuntores englobam esta função e sendo 
assim os relés de sobrecarga caíram em desuso. 
Simbologia gráfica 
Até o presente momento mostrou-se a presença de diversos elementos 
constituintes de um painel elétrico. Em um comando, para saber como estes 
elementos são ligados entre si é necessário consultar um desenho chamado de 
esquema elétrico. No desenho elétrico cada um dos elementos é representado através 
de um símbolo. A simbologia é padronizada através das normas NBR, DIN e IEC. Na 
tabela 2.1 apresenta-se alguns símbolos referentes aos elementos estudados nos 
parágrafos anteriores. 
Tabela 2.1 – Simbologia em comandos elétricos 
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Referências 
AHMED, Ashfaq. Eletrônica de Potência.Prentice Hall, 2000. 
LANDER, Cyril W. Eletrônica Industrial – Teoria e Aplicações – 2ª Edição. MAKRON 
Books do Brasil Editora Ltda. 1996. 
ALMEIDA, José Luis Antunes de. Estude e Use – Dispositivos Semicondutores – 
Tiristores. Editora Érica. 
Arnold, Robert, Stehr, Wilhelm; “Máquinas Elétricas – Volume 1”; Editora E.P.U; São 
Paulo; 1976 
Filho, Guilherme Filippo; “Motor de Indução”; Editora Érica; São Paulo; 2000.